Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung.

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1 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Verwitterung Definition: Zerteilung und Zersetzung des Gesteins infolge physikalischer (mechanischer) oder chemischer Einflüsse. Abhängig vom Klima (Temperaturen, Temperaturschwankungen, Luftfeuchtigkeit) und den auf das Gestein wirkenden Agenzien (Sauerstoff, Gase, Säuren, Wasser) Physikalische Verwitterung: Frostsprengung: Volumenzunahme durch Gefrieren bis zu 9% bei voller Wassersättigung Temperaturverwitterung: infolge Spannungen durch unterschiedliche Aufheizung und Ausdehnung der Materialien bei Sonneneinstrahlung Salzverwitterung: Kristallisation von Salzen erzeugt hohen Kristallisationsdruck, da enorme Volumenzunahme physikalisch-biologische Verwitterung: Wurzeldruck

2 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Verwitterung Chemische Verwitterung: Lösungsverwitterung: Lösung der Mineralien durch Wasser (z.B. Salz) Kohlensäureverwitterung: CO 2 in Wasser zu Kohlensäure gelöst, die das Gestein angreift Rauchgasverwitterung: anthropogen durch Verbrennung fossiler Ener- gieträger erzeugten Rauchgase z.B. Schwefeldioxid und Stickoxide, die mit Wasser aggressive Säuren bilden Oxidationsverwitterung: Zersetzung von Mineralien unter Luftsauer- stoff (besonders eisen- und schwefelhaltiges Gestein) hydrolytische Verwitterung: Aufnahme von Wasser in das Kristall- gitter, wodurch andere Ionen abgesprengt werden (Silikatverwitterung) chemisch-biologische Verwitterung: Huminsäuren zerstören das Gesteingefüge

3 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellen Definition: Volumenzunahme infolge chemischer Umwandlung bei Wasserzutritt oder Anlagerung von Wasser an bestimmte Materialien. spannungsabhängig Entlastung und dadurch Abnahme von Festigkeit und Steifigkeit des Gesteins bei gleichzeitigem Zerfall. Chemische Umwandlung Beispiel:Anhydrit Gips CaSO 4 + 2 H 2 O CaSO 4 2 H 2 O Stabilität der Verbindungen abhängig von Temperatur, verfügbarem Wasser und Druck Der auskristallisierte Gips besitzt ein um 61% größeres Volumen als Anhydrit allerdings: Anhydrit und Wasser getrennt haben ein um 11% größeres Volumen als Gips!

4 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellen also:- in einem abgeschlossenen Volumen mit Anhydrit und Wasser in ausreichender Menge findet die Umwandlung in Gips zwar statt, das eingenommene Volumen wird aber kleiner. - in einem offenen System, das zunächst nur aus Anhydrit besteht, kommt es bei Wasserzutritt durch Klüfte, Risse etc. zur Umwandlung in Gips bei Volumenzunahme nur dann Quellen! Umwandlung findet eher statt, wenn Anhydrit im Gestein fein verteilt ist, je massiger und kompakter es vorliegt, desto länger dauert sie.

5 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellen Quellen von Tonmineralen Tonminerale besitzen eine Blättchenstruktur (geschichtete Moleküle). Wasser dringt in diese Struktur ein und lagert sich zwischen den Schichten an. Dadurch erhöht sich der Abstand der Blättchen. (Silikat-Schichtpakete) Volumenzunahme 10 – 15% Zerfall Insbesondere bei gleichzeitiger Entlastung des Gesteins öffnen sich während des Quellvorgangs nach und nach die Schichtfugen und Klüfte: Zerfall beginnt Die Steifigkeit und Festigkeit des Felskörpers verringert sich. Daraus resultieren weitere Verformungen, die wiederum zu einer weiteren Entlastung führen, d.h. der Fels entzieht sich der Belastung. Dadurch wird Quellen begünstigt: progressiver Verlauf Allerdings: Bei einer ausreichend hohen Druckspannung (je nach Gesteinsart) tritt kein Quellen auf

6 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Quellen HbHb HaHa Durch Zerfall des Gesteins aufgelockertes Gebirge Firste Sohle Quellen ist besonders problematisch im Hohlraumbau ( Entlastung):

7 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Bearbeitbarkeit Qualitative Kriterien zur Wahl von Arbeitsweisen und Geräteeinsatz, Einschätzung der Kosten. Einordnung oft nicht eindeutig, d. h. Vergleichbarkeit problematisch. Nachbrüchigkeit: Mangelnder Gesteinszusammenhalt im Gebirge; vereinzelte Ablösungen an Wänden, Ulme oder Firste, ohne dass die Standsicherheit verloren geht. Besonders bei starken Zerklüftungen mit ungünstiger Kluft- stellung und hohem Durchtrennungsgrad Druckhaftigkeit: Gebirge besitzt einen unzureichenden Formänderungswider- stand, steht unter Druck (Gebirgsdruck Bruchfließen). Gebirge drückt aktiv gegen Ausbau/Sicherung Gewinnungsfestigkeit: Arbeitsaufwand zum Lösen (und Laden) von Fels. Man un- terscheidet z.B. Hackfels, leichten oder schweren Spreng- fels, baggerfähigen Fels. Abhängig von Frische, Entfes- tigung, Art und Grad der Zerklüftung des Felses. Erweichbarkeit: Gefahr des Festigkeitsverlustes bei Wasseraufnahme ( Quellen)

8 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Maßhaltigkeit: Grad der Genauigkeit eines hergestellten Profils von der Sollform in Abhängigkeit von dem anstehenden Fels, der Arbeitsweise und dem eingesetzten Gerät Gut maßhaltig: weiches, zähes Gestein, kluftarm oder kleinklüftig Schlecht maßhaltig: grobklüftiges, straff geregeltes Gefüge, hohe Durchtrennung und Gesteinshärte Bohrbarkeit: Eignung des Felses für Bohrungen; abhängig vom Bohr- durchmesser im Vergleich zum Kluftabstand (bei zu engem Abstand Verklemmungen möglich), Härte und Zähigkeit des Gesteins Wetterbeständigkeit: Auch Frostfestigkeit; charakterisiert Verwitterungsanfällig- keit des Gesteins (Zerklüftung, Schichtung, Schieferung Tiefenverwitterung) Schießbarkeit: Widerstand gegenüber Fräsen und Schrämen (Schlitzher- stellung) Schneidbarkeit: Widerstand gegen Schneiden, z.B. Hochdruckwasserstrahl Bearbeitbarkeit

9 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Allgemeines Talsperrenbau:Abdichtung, Drainage des Felsuntergrunds; Strömungsdruck/ Wasserdruck auf Staumauer Hohlraumbau:Wassereinbrüche, unterhalb des Wasserspiegels kann der Tunnel als Drainage wirken Böschung:Reduzierung der Standsicherheit Bergwasser: Kluft-/ Spaltwasser Haftwasser (in tonigen Kluftfüllungen) Bergfeuchte (in Gesteinsporen) Durchlässigkeit des Gesteins vernachlässigbar gering Annahme einer stationären Sickerströmung

10 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Begriffe Wasseraufnahmefähigkeit:abhängig vom Volumen der Klufträume (abzüglich Füllung aus fester Gesteinssubstanz); tatsächliche Wasseraufnahme abhängig von Zu- und Abfuhr von Wasser (Niederschläge, Schneeschmelze, Ver- sickerungsleistung) Durchlässigkeit:abhängig vom räumlichen Kluftflächenanteil, freien Kluft- öffnungen, Durchtrennungsgrad der Klüfte, Rauhigkeit der Trennflächen Anmerkungen: - Störungen sind je nach Art der Füllung Wasserbringer oder Wasserstauer - Durchlässigkeit ist zeitlich veränderlich: In auslaugbaren bzw. ausräumbaren Gebirgsarten wird sie größer (Gips, Anhydrit), während feinklüftiges, nicht auslaugbares bzw. nicht ausräumbares Gebirge zur Selbstdichtung neigt (gut geeignet für Injektionen)

11 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Wasserwegigkeit: gerichtete Durchlässigkeit (Anisotropie); abhängig von Orientierung und Beschaffenheit der Trennflächen; bevor- zugte Wege sind Schichtklüfte und Verschneidungslinien von Trennflächen; in wasserlöslichen Gesteinen (Gips, Anhydrit, Kalk) können sich Karströhren ausbilden Kluft- und Porenwasserdruck: abhängig vom hydraulischen Gradienten a)Wasseraufnahme und Durchlässigkeit groß: Flaches Druckliniengefälle, flacher, wenig schwankender Bergwasserspiegel; wegen hoher Durchlässigkeit heftiger, bald abklingender Wassereinbruch in Hohlraum

12 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit b) Wasseraufnahme groß und Durchlässigkeit klein: Steiles Druckliniengefälle, daher hoher Strömungsdruck, wenig schwankender Wasserspiegel; wegen geringer Durchlässigkeit langer aber weniger heftiger Wassereinbruch im Hohlraum c) Wasseraufnahme klein und Durchlässigkeit groß

13 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit d) Wasseraufnahme und Durchlässigkeit klein: Wegen geringen Wasserangebots schwankt der Wasserspiegel stark, Quellen setzen nach kurzer Zeit aus, daher weniger gefährlich Porenwasserdruck der häufig bindigen Trennflächenfüllung wird sich bei statio- närer Strömung dem Kluftwasserdruck anpassen. Bei starken Schwankungen entstehen jedoch Porenwasserüberdrücke und –unterdrücke.

14 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Modell für die Trennflächenströmung

15 zweidimensionale, laminare Sickerströmung im offenen Spalt Geschwindigkeit senkrecht zu den Trennflächen ist gleich Null Geschwindigkeit bleibt über die Zeit konstant Parabolische Geschwindigkeitsverteilung im Spalt (laminar): Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Navier-Stokesche Gleichung für zähe Flüssigkeiten und Kontinuitätsbedingung liefern die Laplacesche DGL zur Beschreibung der Strömung in der Trennflächenebene x´- y´:

16 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit zweidimensionale Sickerströmung in gefüllten Trennflächen

17 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit Bei isotroper Füllung Durchlässigkeitsbeiwert k f Gesetz von Darcy und Kontinuitätsbedingung liefern die Laplacesche DGL zur Beschreibung der Strömung in der Füllung der Trennflächenebene x´-y´:

18 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche turbulente Strömungen und Reibungsverluste bei unebenen Kluftflächen werden näherungsweise über die eindimensionale Spaltströmung erfaßt: Turbulenz und Rauhigkeit verursachen nichtparallele Strömungen, Verwirbelungen und dadurch reduzierte Fließgeschwindigkeiten. Durchlässigkeit

19 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Solange Strömung laminar (Re 2300), spielt aufgrund der parabolischen Geschwindigkeitsverteilung (am Rand v 0) die Wandrauhigkeit keine Rolle (Wand ist hydraulisch glatt), allerdings solange Rauhigkeit nicht zu extrem: Durchlässigkeit turbulent laminar

20 Strömung in Fließkanälen, z.B. entlang von Verschneidungslinien kann durch die Rohrströmung beschrieben werden. Widerstandsgesetz von Poiseuille: (hydraulisch glatte Wände und laminare Strömung) mittlere Geschwindigkeit: Fazit: In Trennflächen herrscht i.d.R. laminares Fließen, da nur relativ geringe hydrauli- sche Gradienten vorliegen (i 1), erst ab nennenswerter Öffnungsweite kann Turbulenz vorliegen; in Fließkanälen ist das Fließverhalten jedoch sehr häufig turbulent. Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Durchlässigkeit

21 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach dem Verwitterungsgrad Code Bezeichnung Merkmal GesteinMerkmal Gebirge VUunverwittertUnverwittert, frisch kein Verwitterungseinfluß erkennbar keine Verwitterungsbe- dingte Auflockerung an Trennflächen VAangewittertAuf frischer Bruchfläche Verwitterung von einzelnen Mineralkörpern erkennbar, beginnende Mineralumbildung und –verfärbung Teilweise Auflockerung an Trennflächen VEentfestigtDurch Verwitterungsvorgänge gelockertes, jedoch noch im Verband befindliches Mineralgefüge, meist in Verbindung mit Mineralum- bildung, insbesondere an Trennflächen Vollständige Auf- lockerung an Trenn- flächen VZzersetztNoch im Gesteinsverband befindliches, durch Mineral- neubildung verändertes Gestein ohne Festgesteinsei- genschaft ( Lockergestein) Kluftkörper ohne Fest- gesteinseigenschaften [Merkbl. über Felsgruppenbeschreibung für bautechn. Zwecke im Straßenbau]

22 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach dem Verwitterungsgrad [nach L. Müller]

23 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Veränderlichkeit Zerfallsversuch nach DIN 4022: Zerfallsgeschwindigkeit einer ca. 24h in Wasser gelegten Probe als Maß für die Veränderlichkeit. stark veränderlichProbe ganz zerfallen, breiförmig veränderlichProbe zerfallen, aber noch Einzelkörper mäßig veränderlichOberfläche der Probe aufgeweicht und Teile abgebröckelt nicht veränderlichkeine Veränderungen

24 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Lösbarkeit Nach DIN 18300 (VOB Teil C; ZTVE-StB) Für die Arbeitsvorgänge Lösen, Laden, Fördern, Einbauen, Verdichten: Klasse 6: leicht lösbarer Fels und vergleichbare Bodenarten Mineralischer Zusammenhalt, weiche Gesteinsfestigkeit, stark zer- klüftetes, brüchiges, bröckliges, schiefriges Trennflächengefüge, verwittert Klasse 7: schwer lösbarer Fels Mineralischer Zusammenhalt, hohe Gefügefestigkeit, wenig klüftig, wenig verwittert Klassifizierung unabhängig vom eingesetzten Gerät Maßgebend ist der Zustand während des Lösens Einstufung nur anhand qualitativer Merkmale (problematisch)

25 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Lösbarkeit Bei der Einstufung in die Klassen 6 und 7 sind folgende Punkte zu beachten: Gesteinsfestigkeit weich:geringe Festigkeit, witterungsempfindlich, d.h. Zerbrechen unter mechanischer Beanspruchung durch eingesetzte Geräte oder Zerfall in wasserempfindliche Bodenart bei Verwitterung (z.B. Schiefergesteine, Mergel, Kalk, Sandstein, Tonstein) fest:hohe Festigkeit, wenig oder gar nicht witterungsempfindlich, Korngröße und Kornform bleibt bei mechanischer Bean- spruchung praktisch unverändert (z.B. Granit, Basalt, Gneis) Verwitterungszustand (siehe Klassifizierung oben)

26 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Lösbarkeit Kluftkörperform [nach F. Karl ] Form der Kluftkörper Kluftabstand d [cm] < 1 : 51 : 2 bis 1 : 5 1 : 12 : 1 bis 5 : 1> 5 : 1 d max > 100großsäuliggroßblockiggroßwürfeligquadrig-bankiggroßplattig 100 > d max > 10 kleinsäuligkleinblockigkleinwürfeligkleintäfeligschiefrig d max < 10 stängelig- faserig kubisch- ruschelig splitterig blätterig- kleinschuppig

27 Einordnung in die Klassen 6 und 7 (nach Kommentar zur ZTVE-StB): Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Lösbarkeit MerkmalKlasse 6Klasse 7 Verwitterungsgrad entfestigt zersetzt unverwittert (frisch) angewittert Einfallrichtung der Trennflächen söhlig, flach geneigt steil söhlig, flach geneigt steil Abstand der Trennflächen eng / dicht < 1,0 m weit > 1,0 m Raumteile säulig plattig-schiefrig blockig würfelig quadrig-bankig

28 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Lösbarkeit Praktische Einschätzung : Klasse 6:Baggerlöffel füllt sich durch einmaliges Eingreifen in das Gestein vollständig. Klasse 7:Gestein muss vorher erst durch Vorlockern gestückelt werden, damit sich der Baggerlöffel bei einmaligem Eingreifen vollständig füllt. Fazit: Die qualitativen Kriterien müssen in ihrer Gesamtheit betrachtet werden, nicht einzeln, da dies zu Fehleinschätzungen führen kann. Trotzdem ist die Einstufung manchmal nicht eindeutig möglich, so dass hier Erfahrung gefragt ist.

29 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Klassifizierung nach Lauffer Stützweite l < Querschnittsbreite b: l* = l Stützweite l > Querschnittsbreite b: l* = b Bereich zwischen den Kurven markiert typische Wertepaare für den Stollenbau (Erfahrungswerte)

30 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Klassifizierung nach Pacher, Rabczewicz und Golser Schema der Gebirgsklassifi- zierung nach RABCZEWICZ- PACHER IIIIIIIVV standfest bis gering nachbrüchig stark nachbrüchig gebräch bis sehr gebräch druckhaft a stark druckhaft b rollig BeschaffenheitMassig ent- wickelt, ange- klüftet bis mäßig geklüftet Stärkere Zerle- gung, infolge Schichtung u. Klüftung verein- zelt tonige Kluft- füllungen und schiefrige Zwischenlagen Starke Zerle- gung, infolge Klüftung in mehrere Rich- tungen Mürb- zonen u. tonige Kluftfüllungen Stark durchbe- wegt gefaltet und zerschiefert Störungsbündel gut verfestigtes, kohäsives Lockergestein Völlig durch- geknetet u. my- lonitisiert zer- brochen, nicht verfestigtes, leicht kohäsives Lockergestein Rolliges ungebundenes Lockergestein VerhaltenEinachsige Gebirgsdruckfestigkeit gd > als Tangentialspannung t, dauerndes Gleichgewicht vorhan- den bzw. sichergestellt durch Die Grenze der Gebirgslessig- keit am Umfang wird überschrit- ten. Stützung bzw. Herstel- lung eines sohl- offenen oder geschlossenen Tragringes er- forderlich Gebirgsfestigkeit durch Tangential- spannungen überschritten. Das sich plastisch verhaltende Material drängt gegen den Hohlraum wie V a Örtliche Maß- nahmen (vgl. Fig.) Achtung auf Bergschlag- erscheinungen! Verstärkung des Gebirgs- tragringes in der Kalotte (vgl. Fig.) mäßigintensiv Seitendruck und Sohlhebungen, Bewegungen werden durch ge- schlossenen Stützring aufgefangen Bergwasser- einfluss: Keinerunbedeutend Vorwiegend auf Kluftfüllungen deutlich Unter Um- ständen stark (erweichbar)

31 Schema der Gebirgsklassifi- zierung nach RABCZEWITZ- PACHER IIIIIIIVV standfest bis gering nachbrüchig stark nachbrüchig gebräch bis sehr gebräch druckhafta stark druckhaft b rollig Ausbruch in Teilquer- schnitten mit Sicherungs- maßnahmen Ausbruch: im Vollprofil Sicherung: im Vollprofil System- ankerung in Firste Karlotte und Strosse Sohloffener Tragring in Firste und Ulmen In Teilquer- schnitten I – IV Geschlossener Stützring In Teilquerschnitten I bis VI Geschlossener Stützring Funktion der Sicherungs- u. Stützmaßnah- men u. deren zeitliche Durch- führung Sicherung örtl.Schwäche- stellen u.U. Bergschlag- sicherung Sicherung aus- gedehnt auf Kalotte, u.U. Versiegelung der Ulmen Versiegelungen der Ober- flächen gegen Ablösungen, Herstellen eines Gebirgs- tragringes Maßnahmen dienen der Sicherung der Zwischenbaustadien, der Be- schränkung von Bewegungen u. dem Herstellen eines geschlos- senen Gebirgstragringes bzw. der tragenden Funktion des Gebirges. Sofortsicherung jeden Teilquer- schnittes mit Ringverschluß in vor- gegebener Zeit wie V a Ohne zeitl. Beschränkung für den Großteil der Stützmaßnahmen Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit

32 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Klassifizierung nach Rock Quality Designation (RQD) Durchführung von Kernbohrungen und Auszählung der Bohrkerne, die länger als 10 cm sind: 0 – 25 %Sehr schlechte Gebirgsqualität (very poor ground) 25 – 50 %Schlechte Gebirgsqualität (poor ground) 50 – 75 %Mittlere Gebirgsqualität (fairly good ground) 75 – 90 %Gute Gebirgsqualität (good ground) 90 – 100 %Sehr gute Gebirgsqualität (very good ground)

33 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Klassifizierung nach Rock Mass Classes and their Ratings (RMR) ParameterWertebereich Ge- steins- festig- keit Punktlastindex ISRM (1972) > 8 MN/m 2 4-3 MN/m 2 2-4 MN/m 2 1-2 MN/m 2 Für diesen niedrigen Bereich wird der einachsige Druckversuch vorgezogen Einaxiale Druckfestigkeit 200MN/m 2 100-200 MN/m 2 50-100 MN/m 2 25-50 MN/m 2 10-25 3-10 1-3 MN/m 2 l1l1 1512742 1 0 RQD-Wert (Deere, 1963)90-100 %75-90 %50-75 %25-50 %< 25 % l2l2 20171383 Kluftabstand> 3 m1-3 m0,3-1 m50-300 mm< 50 mm l3l3 302520105 Zustand der Klüfte Sehr rauhe Oberfläche nicht durch- gehend, kei- ne Kluftöff- nung Leicht rauhe Oberfläche, harte Kluft- wandung, Kluftöffnung < 1 mm Leicht rau- he Ober- fläche, wei- che Kluft- wandung, Kluftöff- nung 1 mm Glatte Ober- fläche, Kluft- öffnung 1-5 mm, Kluftfül- lung durch- gehende Klüfte Weiche Kluftfüllung Kluftöffnung > 5 mm, Durchge- hende Klüfte l4l4 25201260

34 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit ParameterWertebereich Ge- birgs- was- ser Zufluß auf 10 m Tunnellänge kein Zulauf oder 0 oder vollständig trocken < 25 l/min oder 0,0-0,2 oder feucht 25-125 l/min oder 0,0-0,5 oder Wasser unter niedrigem Druck >125 l/min oder >0,5 oder schwierige Gebirgswas- serprobleme Kluftwasserdruck größte Hauptspannung Allgemeine Verhältnisse l5l5 10740 Streich- und Fallrichtung der Klüfte sehr günstig günstig mäßig günstig ungünstig sehr ungünstig l6l6 Tunnel 0-2-5-10-12 Gründung0-2-7-15-25 Böschung0-5-25-50-60

35 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Streichen normal zur Tunnelachse Streichen parallel zur Tunnelachse Fallwinkel Fallen in VortriebsrichtungFallen gegen Vortriebsrichtung : 45°-90° : 20°-45° : 45°-90° : 20°-45° : 45°-90° : 20°-45° : 0°-20° sehr günstig günstig mäßig günstig ungünstig sehr ungünstig mäßig günstig ungünstig l i = l 1 +...+l 6 81 –10061 – 8041 – 6021 – 40< 20 KlasseIIIIIIIVV Beschreibung sehr guter Fels guter Fels mäßig guter Fels schlechter Fels sehr schlech- ter Fels Durchschnitt- liche Standzeit 10 Jahre bei 5 m Spannweite 6 Monate bei 4 m Spannweite 1 Woche bei 3 m Spannweite 5 Stunden bei 1,5 m Spannweite 10 Minuten bei 0,5 m Spannweite Kohäsion der Felsmassen > 0,3 MN/m 2 0,2-0,3 MN/m 2 0,15-0,2 MN/m 2 0,1-0,15 MN/m 2 0,1 MN/m 2 Reibungswin- kel >45°40 – 45°35 – 40°30 – 35°30°

36 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Ausbruchklassen nach DIN-STLB 007 Kalkulationsgrundlage speziell für den Untertagebau, da Berücksichtigung des Sicherungsaufwands Ausbruchklasse 1:Ausbruch, der keine Sicherung des Gebirges erfordert. Ausbruchklasse 2:Ausbruch, der eine Sicherung erfordert. Die Sicherung kann in Abstimmung mit dem Bauvorhaben so eingebaut werden, dass die Ausbrucharbeiten hierdurch nicht behindert werden. Ausbruchklasse 3:Ausbruch, der dadurch behindert wird, daß eine Sicherung in geringem Abstand erforderlich ist, oder bei Einsatz von Vollschnittmaschinen Nachfall im Maschinenbereich eintritt, der von Hand entfernt werden muß. Ausbruchklasse 4:Ausbruch, der eine Sicherung unmittelbar nach dem Freilegen des Gebirges und/oder beim Maschinenvortrieb besondere Maßnahmen zur Verspannung erfordert. Ausbruchklasse 5:Ausbruch, der eine Sicherung unmittelbar nach dem Freilegen des Gebirges und besondere Arbeitsweisen erfordert (z.B. Einschränkungen und Sonderverfahren bei der Sprengarbeit, Begrenzung der Schräm- und Frästiefen bzw. Einstellung der Auffahrung mit Vollschnittmaschinen).

37 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Klassifizierung nach der Standfestigkeit Ausbruchklasse 6: Ausbruch, der eine Unterteilung des Ausbruchquerschnittes erfordert, die nicht durch betriebliche Gründe bedingt ist. Sicherungen und Arbeitsweisen in den Teilquerschnitten können unterschiedlich sein. Ausbruchklasse 7: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine unmittelbare Sicherung und zusätzliche eine Sicherung der Ortsbrust erfordert. Ausbruchklasse 8: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine voreilende Sicherung erfordert Ausbruchklasse 9: Ausbruch, der bei Voll- oder Teilausbruch eine voreilende Sicherung und zusätzlich eine Sicherung der Ortsbrust erfordert. Ausbruchklasse 10: Ausbruch, der die Anwendung von Sonderverfahren erfordert (z.B. Druckluftbetrieb, Gefrieren, Injektionen). Beachte: Klassifizierung nach der Standfestigkeit grundsätzlich problematisch, da die örtlichen Gegebenheiten das Ergebnis stark beeinflussen Standfestigkeit im hier definierten Sinn ist die Fähigkeit des Gebirges, für eine bestimmte Zeit nicht in einen Hohlraum einzubrechen, nicht die statische Standfestigkeit

38 Inhalt Allgemeines Beschreibung von Fels Mechanisches Verhalten von Fels Raumstellung von Trenn- flächen Weitere Eigen- schaften von Fels Klassifizierung von Fels Baugrund- erkundung Felsmecha- nische Versuche Baugrunderkundung Geologische Karten Geologische Karte, Maßstab 1 : 25.000 Morphologie, geologische Entstehungsgeschichte, Schichtenfolge, Mächtigkeit, Bohrkarten, Hydrogeologie (Grundwassergleichen, Flurabstand) Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden die weiteren Erkundungen geplant Oberflächenaufschlüsse An vorhandenen natürlichen oder künstlichen Böschungen, Einschnitten, Steinbrüchen werden aufgenommen: Gesteinsarten, Schichtgrenzen Verwitterungszustand Raumstellung der Trennflächen Lage und Länge der Ausbisse von Trennflächen Öffnungsweite von Trennflächen Füllungen, Bestege Lage, Abmessung und Beschaffenheit von Störungen Lage von Wasseraustritten